DE1109141B - Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen hochgereinigten Halbleiterstabes - Google Patents

Description

Zur Herstellung von einkristallinen Stäben aus Halbleitermaterial verwendet man allgemein einen einkristallinen Impfling oder Keimkristall, welcher an einen polykristallinen Halbleiterstab angeschmolzen wird. Beginnt man an der Anschmelzstelle des Impflings mit dem Zonenschmelzen und zieht man die Schmelzzone der Länge nach durch den Stab hindurch, so wächst der Kristall an den Impfling einkristallin an. Durch Wiederholung der Zonendurchgänge kann man einen hochgereinigten einkristallinen Stab erhalten. Der Impfung kann von diesem abgetrennt und zur gleichartigen Behandlung weiterer Stäbe verwendet werden.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß der Impfling nach der Behandlung einiger Stäbe unbrauchbar wird, weil er dann die elektrischen Eigenschaften der weiteren Stäbe, zu deren Behandlung ein solcher Keimkristall verwendet wird, erheblich verschlechtert. Beim Aufheizen des Stabes am Ende des Keimkristalls vor Beginn jedes Zonendurchganges können nämlich durch den Tempereffekt der stehenden Schmelzzone Kristallgitterversetzungen auftreten, die sich mit zunehmender Zahl der Zonendurchgänge vom Ende des Keimkristalls aus in einen Teil des Stabes fortsetzen. Diese Kristallgitterversetzungen können durch Ätzen an der Kristalloberfläche mikroskopisch sichtbar gemacht werden. Es wurde gefunden, daß derartige Stäbe in demjenigen Teil, welcher dem Keimkristall benachbart war, eine beträchtlich verminderte Lebensdauer der Minoritätsträger aufweisen. Die Trägerlebensdauer im Halbleitermaterial, welches als Halbzeug für die Herstellung elektronischer Halbleiterelemente vorgesehen ist, soll aber möglichst hoch und über die gesamte Stablänge gleich sein.

Man kann die genannte ungünstige Wirkung weitgehend verhindern, wenn man beispielsweise den verwendeten Impfling vor dem letzten Zonendurchgang durch einen neuen ersetzt. Das ist aber sehr umständlich, besonders bei Behandlung im Vakuum.

Die erwähnten Nachteile können beim tiegelfreien Zonenschmelzen mit Hilfe eines angeschmolzenen Keimkristalls erfindungsgemäß dadurch vermieden werden, daß mit dem letzten Zonendurchgang an einer von der Anschmelzstelle des Keimkristalls entfernten Stelle im Halbleiterstab begonnen wird.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung ein Teil einer Zonenschmelzvorrichtung dargestellt.

Ein Halbleiterstab 11 aus polykristallinem Halbleitermaterial, welcher an einen einkristallinen Impfling 12 angeschmolzen ist, dessen (lll)-Kristallachse mit der Bewegungsrichtung der Schmelzzone überein-Verfahren zur Herstellung

eines einkristallinen hochgereinigten

Halbleiterstabes

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Ludwig Sporrer, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

stimmt, wird im hochfrequenten Wechselfeld einer wassergekühlten Hochfreqenzspule 13 in einer schmalen Zone 14 geschmolzen. Die aus Silberrohren bestehenden Windungen der Hochfrequenzspule 13 werden vom Kühlwasser durchflossen, welches innerhalb der Stromzuführungen 15 zugeleitet wird. Mit der Spule 13, welche in Längsrichtung des Stabes beweglich ist, kann die Schmelzzone 14 entlang des Stabes geführt werden. Der Impfling 12 wird in einer Halte- und Zentriervorrichtung 17 gehaltert und ist durch eine Schraube 18 mit einer Antriebswelle 19 verbunden.

Sind für den fertigen Stab eine vorbestimmte Anzahl, beispielsweise zehn Zonendurchgänge erforderlich, so wird gewöhnlich mit jedem Zonendurchgang an der mit einer strichpunktierten Linie bezeichneten Stelle 20 am Ende des Impflings begonnen, und es werden neun Zonendurchgänge ausgeführt. Mit dem letzten Zonendurchgang beginnt man dann an einer etwas höheren Stelle 21 des Stabes, beispielsweise um die Länge eines Stabdurchmessers oberhalb des Impflingsendes. An dieser Stelle 21 wird dann der fertige Stab abgesägt und der nächste zu behandelnde Stab angeschmolzen. Somit wurde der Impfling um das Stück 22 verlängert. Ein Stück 23 von gleicher Länge kann am unteren Ende des Impflings abgetrennt werden.

Bei diesem Verfahren wird der polykristalline Stab immer an einen Impfling angeschmolzen, dessen Ende aus einem hochgereinigten einkristallinen Material besteht. Ferner ergibt dieses Verfahren den besonderen Vorteil, daß es auch mit einer auf konstanten

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Strom regelnden Automatik vollständig durchgeführt werden kann, weil bei diesem Verfahren die Schmelzzone nicht über eine Stelle größerer Querschnittsänderung des Stabes geführt wird.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:
   1. Verfahren zur Herstellung eines einkristallinen hochgereinigten Halbleiterstabes für elektronische Zwecke aus einem polykristallinen Stab durch tiegelfreies Zonenschmelzen mit Hilfe eines angeschmolzenen Keimkristalls, bei dem die Schmelzzone mehrfach, jeweils beginnend von der Anschmelzstelle des Keimkristalls, in einer Richtung durch den Halbleiterstab der Länge nach hindurchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem letzten Zonendurchgang an einer von der Anschmelzstelle des Keimkristalls entfernten Stelle im Halbleiterstab begonnen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn des letzten Zonendurchgangs an eine von der Anschmelzstelle des Keimkristalls um den Betrag von etwa einem Stabdurchmesser entfernte Stelle des Stabes gelegt wird.
3. 3. Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab nach dem letzten Zonendurchgang an der Stelle, an welcher mit dem letzten Zonendurchgang begonnen wurde, getrennt und jeweils an dieser Stelle ein anderer zu behandelnder Stab an den als Keimkristall verbleibenden Rest angeschmolzen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Keimkristall jedesmal durch Abtrennen eines Stückes am anderen Ende wieder auf seine ursprüngliche Länge gebracht wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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